CN112723875B - 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法 - Google Patents

一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112723875B
CN112723875B CN202110146360.2A CN202110146360A CN112723875B CN 112723875 B CN112723875 B CN 112723875B CN 202110146360 A CN202110146360 A CN 202110146360A CN 112723875 B CN112723875 B CN 112723875B
Authority
CN
China
Prior art keywords
tin oxide
temperature
gallium oxide
ceramic
target material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110146360.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112723875A (zh
Inventor
陈杰
齐超
孙本双
淮志远
何季麟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou University
Original Assignee
Zhengzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhengzhou University filed Critical Zhengzhou University
Priority to CN202110146360.2A priority Critical patent/CN112723875B/zh
Publication of CN112723875A publication Critical patent/CN112723875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112723875B publication Critical patent/CN112723875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/453—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates
    • C04B35/457—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zinc, tin, or bismuth oxides or solid solutions thereof with other oxides, e.g. zincates, stannates or bismuthates based on tin oxides or stannates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/63—Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B using additives specially adapted for forming the products, e.g.. binder binders
    • C04B35/6303—Inorganic additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3286—Gallium oxides, gallates, indium oxides, indates, thallium oxides, thallates or oxide forming salts thereof, e.g. zinc gallate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/60—Aspects relating to the preparation, properties or mechanical treatment of green bodies or pre-forms
    • C04B2235/602—Making the green bodies or pre-forms by moulding
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6562—Heating rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6565—Cooling rate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/658—Atmosphere during thermal treatment
    • C04B2235/6583—Oxygen containing atmosphere, e.g. with changing oxygen pressures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/77—Density
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/74—Physical characteristics
    • C04B2235/78—Grain sizes and shapes, product microstructures, e.g. acicular grains, equiaxed grains, platelet-structures
    • C04B2235/786—Micrometer sized grains, i.e. from 1 to 100 micron

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)

Abstract

本发明提供了一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法，其原料按照质量百分比，由氧化锡及氧化镓高纯纳米粉末组成，其组分比例为氧化镓2~10%，氧化锡90~98%。粉末称量混合后加入聚丙烯酸铵，聚乙烯醇及纯水，混合浆料经球磨后造粒干燥，得到混合粉末依次使用油压机、等静压机压制成型，之后使用脱脂‑多步烧结一体化烧结技术在不同烧结温度下制备了氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。本发明掺杂的氧化镓有效提高了氧化锡陶瓷的烧结性能，显著提升了氧化锡陶瓷靶材的致密度，同时通过制备工艺的有效控制，获得了组织均匀且晶粒细小的氧化镓掺杂氧化锡靶材。

Description

一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法
技术领域
本发明涉及氧化物靶材料制备技术领域，具体涉及一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法。
背景技术
二氧化锡（SnO2）是一种具有宽频带隙的n型半导体材料，其禁带宽度为3.6~4.0eV，具有耐高温、耐侵蚀、高温导电性优良等特性，此外，由于其特殊的光电性能及气敏性能，因此被广泛应用于气敏原件、半导体元件及太阳能电池等领域。但是纯二氧化锡陶瓷的电阻率较高，不宜用作导电陶瓷。此外，无添加剂的纯二氧化锡除了表现出较差的导电性能外，也呈现出较差的烧结性能。其一由二氧化锡高温下挥发导致的。研究表明，在超过1500℃的温度下，氧化锡会发生剧烈的挥发。此外，二氧化锡陶瓷在烧结过程中致密化机制未能发挥作用，只有表面扩散及蒸发-冷凝作用带来的气孔增大和晶粒生长的现象。因此纯二氧化锡陶瓷在烧结后，往往形成疏松多孔结构。
为了提高二氧化锡陶瓷的致密度与光电性能，常对其进行掺杂处理。目前对二氧化锡掺杂的研究主要集中于两个方面：一方面是通过掺杂，提高二氧化锡陶瓷的致密度，添加剂的引入是为了促进陶瓷的烧结，已有使用过Cu、Ag、Zn、Ni等氧化物作为烧结促进剂的掺杂研究；另一方面，则是通过掺杂，提高二氧化锡陶瓷的导电性，这一方面已有使用Sb、Nb、Ta、V等氧化物的掺杂研究。
发明内容
本发明提出了一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法，解决了二氧化锡陶瓷在烧结过程中难以致密化的问题，以期获得高致密度的氧化镓掺杂二氧化锡陶瓷靶材。
实现本发明的技术方案是：
一种氧化锡掺杂陶瓷的制备方法，包括以下步骤：
（1）将氧化镓、氧化锡和分散剂和纯水均匀分散，并制成浆料；
（2）将步骤（1）浆料及氧化锆磨球装入球磨罐里，加入一定量的粘结剂，进行混合球磨；
（3）将步骤（2）混合浆料利用喷雾干燥制成球形粉；
（4）将步骤（3）球形粉置于φ30合金钢模具中，利用液压机进行预压成型，该过程为模压成型工艺，压制完成后脱模得到靶材素坯，用橡胶包套将素坯充分包覆，在等静压机内进一步压制，压制后得到二氧化锡陶瓷素坯；
（5）将二氧化锡陶瓷素坯采用脱脂-多步烧结一体化烧结技术进行烧结，得到氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。
所述氧化镓和氧化锡的质量百分比分别为：氧化镓2~10%、氧化锡90~98%；分散剂为聚丙烯酸铵，粘结剂为聚乙烯醇，以氧化镓和氧化锡的总质量为基准，分散剂和粘结剂的加入量均为0.5~2%，水的加入量为65~75%。
所述步骤（2）中球磨机转速为160-260r/min，氧化锆磨球分别是φ5、φ3和φ1，三种球的质量比为1：1：2；球料比为3:1，球磨时间为24-48h，最大装料量不超过罐容积的五分之三。
所述步骤（3）中喷雾干燥温度为200-240℃，进料速率为10-20mL/min，离心机频率为30-45Hz。
所述步骤（4）中预压成型压力为25-75MPa，保压时间为2-8min，等静压压力为200-250Mpa，时间为3-15min。
所述步骤（5）中脱脂-多步烧结一体化烧结技术具体为：首先从室温缓慢升温至600-650℃，使素坯脱脂完全，其升温速率为0.5-1℃/min；在600-650℃以上时提高升温速率，其升温速率为2-5℃/min，升温至850-950℃时保温1-3h，然后继续升温直到1350-1450℃时，在该温度下保温4-10h，然后停止加热并缓慢降温至室温，降温速率为1-3℃/min。
步骤（1）中氧化锡粒径为20-100 nm，纯度4N；氧化镓粒径为2-5μm，纯度4N。
陶瓷靶材的相对密度为98-99.5%，晶粒平均粒径为2-3.5μm。
本发明的有益效果是：为了提高二氧化锡陶瓷的致密度及电学性能，通常添加金属氧化物进行掺杂及烧结，本发明提供了一种高致密、组织均匀的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材的制备方法。通过氧化镓的引入，有效降低了二氧化锡陶瓷的致密化温度，削弱了二氧化锡在高温下的挥发，提高了二氧化锡陶瓷的致密度；同时，通过粉体处理及烧结工艺的有效控制，获得了晶粒组织均匀的掺杂氧化锡靶材；另外，氧化镓还可钉扎在二氧化锡的晶界处阻碍晶粒长大，获得晶粒细小的掺杂氧化锡靶材。
因此，本专利通过引入氧化镓掺入二氧化锡基体，有效制备得到了高致密且组织分布均匀的掺杂氧化锡陶瓷靶材。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中氧化镓掺杂二氧化锡陶瓷的抛光面扫描电镜图。
图2为实施例1中氧化镓掺杂二氧化锡陶瓷的断面扫描电镜图。
图3为实施例1中氧化镓掺杂二氧化锡陶瓷的XRD图谱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高致密的氧化锡掺杂陶瓷及其无压烧结的制备方法，包含以下步骤：
步骤一，高致密的氧化锡掺杂陶瓷，原料按照质量百分比配备，由以下组分组成：纳米级高纯氧化锡粉末95%，纳米级高纯氧化镓粉末5%。另称取上述粉末质量的0.7%的聚丙烯酸铵作为分散剂，称取上述粉末质量的0.8%的聚乙烯醇作为粘结剂，并加入上述粉末质量70%的纯水配置浆料；
步骤二，将上述的粉末混合物、聚丙烯酸铵、纯水及三种规格的氧化锆磨球装入1L的氧化锆球磨罐里，在球磨机上对粉料进行混合球磨，球磨需进行48小时，球磨机转速为260r/min；在球磨完成后向浆料内加入聚乙烯醇，并继续球磨2小时至均匀混合；球磨过程中使用的磨球分别是φ5、φ3和φ1，三种球的质量比为1：1：2；球料比为3:1，最大装料量不超过罐容积的五分之三；
步骤三，将球磨完成后的混合浆料自球磨罐内取出，使用造粒机喷雾干燥，得到混合的球形粉。造粒温度为220℃，进料速率为15mL/min，离心机频率为35Hz；
步骤四，称取一定质量的混合造粒粉末，置于φ30合金钢模具内，首先使用液压机进行预压成型，成型压力为50MPa，保压5min，压制完成后脱模得到靶材素坯。用橡胶包套将素坯充分包覆，在等静压机内进一步压制，等静压压力为250Mpa；
步骤五，采用脱脂-多步烧结一体化烧结技术将二氧化锡陶瓷素坯进行烧结，首先从室温缓慢升温至650℃，使素坯脱脂完全，其升温速率为0.5℃/min。在650℃以上时提高升温速率，其升温速率为3℃/min，升温至950℃时保温3h。之后通入氧气，氧气流量为10L/min，并继续升温直到1400℃，在该温度下保温8h，然后停止加热并缓慢降温至室温，降温速率为1℃/min，取样获得高致密的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。
本实例获得的二氧化锡陶瓷的相对密度为99.2%，其抛光面的微观形貌如图1所示，晶粒平均粒径为2.76μm，靶材晶粒间隙及晶粒内部基本没有明显气孔的存在。其断口的微观形貌如图2所示，断裂方式为穿晶断裂，靶材晶粒间结合力强，气孔较少，致密化程度高。对制备的氧化锡靶材进行XRD物相检测，结果如图3所示，靶材成分为固溶Ga2O3的SnO2相，没有其他物相的存在。氧化镓作为添加剂，其晶粒钉扎在氧化锡陶瓷基体中，其存在的意义一方面阻碍了氧化锡陶瓷晶粒的进一步长大，细化了陶瓷基体的晶粒尺寸，另一方面有效提升了氧化锡靶材的致密化程度。得到的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷致密度高，孔隙率低，晶粒尺寸较小，晶粒尺寸分布均匀。
实施例2
高致密的氧化锡掺杂陶瓷及其无压烧结的制备方法，包含以下步骤：
步骤一，高致密的氧化锡掺杂陶瓷，原料按照质量百分比配备，由以下组分组成：纳米级高纯氧化锡粉末90%，纳米级高纯氧化镓粉末10%。另称取前述总质量的2%的聚丙烯酸铵作为分散剂，称取前述总质量的2%的聚乙烯醇作为粘结剂，并加入上述粉末质量70%的纯水配置浆料；
步骤二，将上述的粉末混合物、聚丙烯酸铵、纯水及三种规格的氧化锆磨球装入1L的氧化锆球磨罐里，在球磨机上对粉料进行混合球磨，球磨需进行48小时，球磨机转速为240r/min；在球磨完成后向浆料内加入聚乙烯醇，并继续球磨2小时至均匀混合；球磨过程中使用的磨球分别是φ5、φ3和φ1，三种球的质量比为1：1：2；球料比为3:1，最大装料量不超过罐容积的五分之三；
步骤三，将球磨完成后的混合浆料自球磨罐内取出，使用造粒机喷雾干燥，得到混合的球形粉。造粒温度为200℃，进料速率为10mL/min，离心机频率为35Hz；
步骤四，称取一定质量的混合造粒粉末，置于φ30合金钢模具内，首先使用液压机进行预压成型，成型压力为25MPa，保压2min，压制完成后脱模得到靶材素坯。用橡胶包套将素坯充分包覆，在等静压机内进一步压制，等静压压力为220Mpa；
步骤五，采用脱脂-多步烧结一体化烧结技术将二氧化锡陶瓷素坯进行烧结，首先从室温缓慢升温至630℃，使素坯脱脂完全，其升温速率为0.75℃/min。在630℃以上时提高升温速率，其升温速率为2℃/min，升温至900℃时保温2h。之后通入氧气，氧气流量为10L/min，并继续升温直到1350℃，在该温度下保温10h，然后停止加热并缓慢降温至室温，降温速率为2℃/min，取样获得高致密的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。
本实例制备得到的二氧化锡陶瓷的相对密度为98.14%，晶粒的平均粒径为2.23μm，靶材晶粒间隙有少量气孔的存在。氧化镓作为添加剂，其晶粒钉扎在氧化锡陶瓷基体中，其存在的意义一方面阻碍了氧化锡陶瓷晶粒的进一步长大，细化了陶瓷基体的晶粒尺寸，另一方面有效提升了氧化锡靶材的致密化程度。得到的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷致密度高，孔隙率较低，晶粒尺寸较小，晶粒尺寸分布均匀。
实施例3
高致密的氧化锡掺杂陶瓷及其无压烧结的制备方法，包含以下步骤：
步骤一，高致密的氧化锡掺杂陶瓷，原料按照质量百分比配备，由以下组分组成：纳米级高纯氧化锡粉末98%，纳米级高纯氧化镓粉末2%。另称取前述总质量的0.5%的聚丙烯酸铵作为分散剂，称取前述总质量的0.5%的聚乙烯醇作为粘结剂，并加入上述粉末质量70%的纯水配置浆料；
步骤二，将上述的粉末混合物、聚丙烯酸铵、纯水及三种规格的氧化锆磨球装入1L的氧化锆球磨罐里，在球磨机上对粉料进行混合球磨，球磨需进行48小时，球磨机转速为160r/min；在球磨完成后向浆料内加入聚乙烯醇，并继续球磨2小时至均匀混合；球磨过程中使用的磨球分别是φ5、φ3和φ1，三种球的质量比为1：1：2；球料比为3:1，最大装料量不超过罐容积的五分之三；
步骤三，将球磨完成后的混合浆料自球磨罐内取出，使用造粒机喷雾干燥，得到混合的球形粉。造粒温度为240℃，进料速率为20mL/min，离心机频率为35Hz；
步骤四，称取一定质量的混合造粒粉末，置于φ30合金钢模具内，首先使用液压机进行预压成型，成型压力为75MPa，保压8min，压制完成后脱模得到靶材素坯。用橡胶包套将素坯充分包覆，在等静压机内进一步压制，等静压压力为200MPa。
步骤五，采用脱脂-多步烧结一体化烧结技术将二氧化锡陶瓷素坯进行烧结，首先从室温缓慢升温至600℃，使素坯脱脂完全，其升温速率为1℃/min；在600℃以上时提高升温速率，其升温速率为5℃/min，升温至850℃时保温1h，之后通入氧气，氧气流量为10L/min，并继续升温直到1450℃，在该温度下保温4h，然后停止加热并缓慢降温至室温，降温速率为3℃/min，取样获得高致密的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。
本实例制备得到的二氧化锡陶瓷的相对密度为98.82%。晶粒的平均粒径为3.16μm。靶材晶粒间隙及晶粒内部没有明显气孔的存在，氧化镓作为添加剂，其晶粒钉扎在氧化锡陶瓷基体中，其存在的意义一方面阻碍了氧化锡陶瓷晶粒的进一步长大，细化了陶瓷基体的晶粒尺寸，另一方面有效提升了氧化锡靶材的致密化程度。得到的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷致密度高，孔隙率低，晶粒尺寸较小，晶粒尺寸分布均匀。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种氧化锡掺杂陶瓷的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将氧化镓、氧化锡和分散剂均匀分散，加入水制成浆料，所述氧化镓的粒径为2-5μm、纯度为4N、质量百分比为2~10%，氧化锡的粒径为20-100 nm、纯度为4N、质量百分比为90~98%，分散剂为聚丙烯酸铵，聚丙烯酸铵的加入量为氧化镓和氧化锡总质量的0.5~2%，水的加入量为氧化镓和氧化锡总质量的65~75%；
（2）将步骤（1）浆料及氧化锆磨球装入球磨罐里，加入粘结剂进行混合球磨，所述粘结剂为聚乙烯醇，聚乙烯醇的加入量为氧化镓和氧化锡总质量的0.5~2%；
（3）将步骤（2）混合浆料利用喷雾干燥制成球形粉；
（4）将步骤（3）球形粉置于模具中，利用液压机进行预压成型，压制完成后脱模得到靶材素坯，用橡胶包套将素坯充分包覆，在等静压机内进一步压制，压制后得到二氧化锡陶瓷素坯；
（5）将二氧化锡陶瓷素坯采用脱脂-多步烧结一体化烧结技术进行烧结，首先从室温缓慢升温至600-650℃，其升温速率为0.5-1℃/min；在600-650℃以上时提高升温速率，其升温速率为2-5℃/min，升温至850-950℃时保温1-3h，通入氧气，然后继续升温直到1350-1450℃时，在该温度下保温4-10h，然后停止加热并缓慢降温至室温，降温速率为1-3℃/min，得到晶粒平均粒径为2-3.5μm、相对密度为98-99.5%的氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中球磨机转速为160-260r/min，氧化锆磨球分别是φ5、φ3和φ1，三种球的质量比为1：1：2；球料比为3:1，球磨时间为24-48h，最大装料量不超过罐容积的五分之三。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中喷雾干燥温度为200-240℃，进料速率为10-20mL/min，离心机频率为30-45Hz。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中预压成型压力为25-75MPa，保压时间为2-8min，等静压压力为200-250Mpa，时间为3-15min。
CN202110146360.2A 2021-02-03 2021-02-03 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法 Active CN112723875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110146360.2A CN112723875B (zh) 2021-02-03 2021-02-03 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110146360.2A CN112723875B (zh) 2021-02-03 2021-02-03 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112723875A CN112723875A (zh) 2021-04-30
CN112723875B true CN112723875B (zh) 2023-01-20

Family

ID=75596099

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110146360.2A Active CN112723875B (zh) 2021-02-03 2021-02-03 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112723875B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116715516A (zh) * 2023-05-19 2023-09-08 芜湖映日科技股份有限公司 一种稀土掺杂的ito靶材及其制备方法
CN116655372B (zh) * 2023-06-25 2024-01-26 深圳众诚达应用材料股份有限公司 一种氧化锡基靶材及其制备方法
CN117285345B (zh) * 2023-11-24 2024-01-26 淄博工陶新材料集团有限公司 氧化锡陶瓷电极及其制备方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010018707A1 (ja) * 2008-08-11 2010-02-18 出光興産株式会社 酸化ガリウム－酸化スズ系酸化物焼結体及び酸化物膜

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101439967A (zh) * 2008-12-26 2009-05-27 武汉理工大学 一种高致密二氧化锡陶瓷的制备方法
EP2488467A1 (en) * 2009-10-15 2012-08-22 Umicore Tin oxide ceramic sputtering target and method of producing it
JP5681590B2 (ja) * 2011-08-19 2015-03-11 Jx日鉱日石金属株式会社 スパッタリング用酸化物焼結体ターゲット及びその製造方法並びに前記ターゲットを用いた薄膜の形成方法及び薄膜形成方法
JP2019142761A (ja) * 2018-02-19 2019-08-29 住友化学株式会社 酸化錫系焼結体およびその製造方法
CN109665834B (zh) * 2019-03-01 2021-08-03 郑州大学 相组成可控的氧化铟镓锌靶材及其制备方法
CN111106167A (zh) * 2019-11-27 2020-05-05 太原理工大学 一种择优取向的Ga2O3和SnO2混相膜基传感器的制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010018707A1 (ja) * 2008-08-11 2010-02-18 出光興産株式会社 酸化ガリウム－酸化スズ系酸化物焼結体及び酸化物膜

Also Published As

Publication number Publication date
CN112723875A (zh) 2021-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112723875B (zh) 一种氧化镓掺杂氧化锡陶瓷靶材及制备方法
JP2013507526A (ja) 酸化スズセラミックスパッタリングターゲットおよびその製造方法
CN110434343B (zh) 一种W-Cu连续梯度复合材料的制备方法
CN111004034B (zh) 碳化硅陶瓷及其制备方法和半导体零件
CN113277859B (zh) 一种纳米包覆氧化铝颗粒及用其制备的高纯抗热震氧化铝陶瓷材料
CN111394706A (zh) 一种晶粒尺寸可控ito陶瓷靶材的制备方法
CN105671401A (zh) 一种纳米碳化钨银触头材料及制备方法
CN108002428B (zh) 一种蒸镀用ito颗粒的制备方法及由该方法制备的ito颗粒
CN113105252A (zh) 一种制备氮化硅陶瓷的烧结助剂及其应用、氮化硅陶瓷的制备方法
CN114620996A (zh) 一种高效太阳能电池用旋转陶瓷靶材
CN107963890B (zh) 一种氮化钛多孔导电陶瓷的制备方法
CN113912395A (zh) 一种防静电陶瓷及其制备方法
CN114058893B (zh) 一种AlCoCrFeNi作粘结剂的WC-Y2O3-ZrO2基体硬质合金的制备方法
CN112624741B (zh) 一种流延成型制备高纯氧化镁陶瓷承烧板生坯的方法
CN116283251B (zh) 一种氧化铝陶瓷及其制备方法与应用
CN108817387B (zh) 一种具有高硬度和抗高温氧化性能的钨基复合材料的制备方法
CN112374554A (zh) 一种高纯度高活性的氧化镍基粉体、制备方法及用途
CN109266941B (zh) 板状碳化钨-钴合金及其制备方法
CN112898022B (zh) 一种超低温烧结微波介质材料Ca2V2O7-H3BO3及其制备方法
CN112142469B (zh) 石墨基耐氧化型材、制备方法及应用
CN108558405A (zh) 一种高致密度高纯度碳化硅衬底材料的制备方法
CN100432013C (zh) 一种亚微米氧化锆电解质薄膜材料的制备方法
CN113292322A (zh) 采用分步加料球磨与热压烧结制备石墨烯增强非金属基复合材料的方法
CN114799181A (zh) 一种片状银粉的制备方法及其在导电浆料领域的应用
CN117285345B (zh) 氧化锡陶瓷电极及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant